【正文】 ................. 22 附錄 （計(jì)算機(jī)程序清單） ........................................... 23 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒 論 目前市面上的遙控器鋪天蓋地，對(duì)于家電設(shè)備的控制，首選的就是紅外遙控器，然而技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得家庭數(shù)字化趨勢越來越強(qiáng)烈，一對(duì)一遙控器（即一個(gè)遙控器只能控制一種類型的家電設(shè)備）已經(jīng)不能滿足用戶要求。 紅外遙控技術(shù)的研究和成果 常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管；由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)、透明三種顏色。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測定，而業(yè)余條件下只能用拉鋸法來粗略判判定。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。 由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?100mW 左右），所以紅外接收二極管接收到的信號(hào)比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。均有三只引腳，即電源正（ VDD）、電源負(fù)（ GND）和數(shù)據(jù)輸出（ VO 或 OUT）。成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。紅外遙控常用的載波頻率為 38kHz 這是由發(fā)射端所使用的 455kHz 晶振來決定的。 12≈ ≈ 38kHz。 紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設(shè)備。 [2] 由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時(shí)按圖索驥即可。 多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。接收端地輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自饋、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式。“電平”輸出是指發(fā)射端按下鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出端輸出“有效電平”消失。大多數(shù)情況下“高”為有效。此種輸出適合用作電源開關(guān)、靜音控制等。“互鎖”輸出是指多個(gè)輸出互相清除，在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)輸出有效?！皵?shù)據(jù)”輸出是指把一些發(fā)射鍵編上號(hào)碼，利用接收端的幾個(gè)輸出形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，來代表不同的按鍵輸入。這種輸出形式一般用于與單片機(jī)或微機(jī)接口 [3]。所謂“鎖存”輸出是指對(duì)發(fā)射端每次發(fā)的信號(hào)，接收端對(duì)應(yīng)輸出予以“儲(chǔ)存”，直至收到新的信號(hào)為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。這些遙控器一般由 MCU 進(jìn)行控制，其價(jià)格一般都比較貴，達(dá)上百美金 。國外的遙控器主要通過超市等渠道進(jìn)行銷售，消費(fèi)者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇，其發(fā)展趨勢是根據(jù)家庭的需要遙控器擁有更多的功能和更人性化的設(shè)計(jì)。多功能（所謂萬能）遙長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 控器只是單一型的遙控器的補(bǔ)充，在一般的主流渠道是沒有多功能遙控器銷售的，許多消費(fèi)者也就不知道有或者如何購買多功能遙控器，因此多功能遙控器的銷量是相對(duì)很少 的。但正如西方的情況，我國也會(huì)經(jīng)歷從使用單一型遙控器走向多功能遙控器，尤其是在信息化迅速發(fā)展的情況下，多功能遙控器有著廣闊的需求和發(fā)展空間。 本設(shè)計(jì)的方案和比較 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)遙控開關(guān)電路，可以擬定以下的幾種方案。這種遙控電路不需要使用較貴的專用編譯碼器，因此成本較低 。 紅外接收部分 圖 當(dāng)紅外接收頭接收到控制頻率時(shí)，由一個(gè)電路對(duì)其進(jìn)行解調(diào)并產(chǎn)生相應(yīng)的控制功能。 紅外發(fā)射部 分： 圖 當(dāng)按下遙控按鈕時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。 方案比較 綜上所述通過比較三套方案，方案一未采用單片機(jī)控制，功能過于單一，僅能對(duì)一路電器進(jìn)行簡單的遙控；方案二的 紅外線發(fā)射 /接收控制電路采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，電路簡單，實(shí)用性強(qiáng)。由于紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，因此在采用 紅外遙控方式時(shí)，不會(huì)干擾其他電器的正常工作，也不會(huì)影響臨近的無線電設(shè)備。 常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。遙控發(fā)射具有鍵盤矩陣，每按下一個(gè)鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號(hào)調(diào)制在38kHz 的截波上，激勵(lì)紅外光二級(jí)管產(chǎn)生具有脈沖串的紅外波，通過空間的傳送到受控機(jī)內(nèi)的遙控接收 器。 編 碼 和 調(diào) 制鍵 盤放 大 解 調(diào)解 碼 單片 機(jī)紅 外 遙 控 器一 體 化 紅 外 接 收 頭 圖 紅外遙控原理圖 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。目前大量的使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940nm 左右，外形與普通φ 5 發(fā)光二極管相同，只是顏色不同（如圖 ）。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣；用萬用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管（如圖 ）。紅外發(fā)光二極管一般有 圓形和方形兩種 [2]。前些年常用Μ pc1373H、 CX20226A 等紅外接收專用放大集成電路。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。紅外接收頭的引腳排列因型號(hào)不同而不 盡相同，可參考廠家的使用說明。但在使用時(shí)注意成品紅外接收頭的載波頻率。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取 12，所以 455kHz247。也有一些遙控系統(tǒng)采用 36 kHz、40 kHz、 56 kHz 等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。 紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。 簡而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。 對(duì)于發(fā)送端來說，當(dāng)無紅外脈沖發(fā)射時(shí)，發(fā)送的是二進(jìn)制數(shù)據(jù) 1；而有紅外脈沖發(fā)射時(shí)發(fā)送的是二進(jìn)制數(shù) 0。 相比之下， 96 年發(fā)布的 FIR 不再依托 UART（ Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用異步收發(fā)器），其最高通訊速率有了質(zhì)的飛躍，可達(dá)到 4Mbps 的水平 。 [4] 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第三章 紅外遙控器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 顯示器件的選擇 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ,使用的顯示器主要有 LED(發(fā)光二極管 )和LCD(夜晶顯示器 )。但是他們也是各有特點(diǎn)的： LED 接口非常簡單，不需要專用的驅(qū)動(dòng)程序，在設(shè)計(jì) 程序時(shí)也非常的簡單； LCD 顯示的字比較豐富，也比較清楚，給人的感覺很好，但是他接口復(fù)雜，且要自己造字庫，難度不小。 電路設(shè)計(jì) 用單片機(jī)制作一個(gè)紅外電器遙控器，可以 同時(shí) 分別控制 5 個(gè)電器的電源開關(guān)。 碼分制紅外遙控就是指令信號(hào)產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。整體過程如下： 圖 指 令 鍵 指 令 編碼 調(diào) 制 驅(qū) 動(dòng) 紅外發(fā)射 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 發(fā)射電路的 設(shè)計(jì) 本發(fā)射電路采 用一個(gè) 12M 的晶體振蕩器，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)受控開關(guān)的脈沖頻率，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。 接一個(gè)三級(jí)管發(fā)光二級(jí)管利用紅外光為介質(zhì)，將控制信以紅外光脈沖的形式發(fā)射出去，由接收電路再進(jìn)行放大，解調(diào)，信號(hào)還原。因?yàn)閺?口出來的為高電壓，而三級(jí)管 9013 不能承受此電壓，所以采用了一個(gè)阻值較大的電阻來起分壓作用，從而緩沖了 加到三級(jí)管上的電壓。 圖 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 紅外遙控接收器接收方式 圖 由上述可見，紅外遙控系統(tǒng)中的指令信號(hào)及檢出電路，在碼分制系統(tǒng)中由編碼電路和解碼電路構(gòu)成，而 且要有調(diào)制和解調(diào)的過程，因?yàn)榇a分制系統(tǒng)編碼脈沖的頻率極低，為超低頻，如果不用調(diào)制與解調(diào)電路，外界突然的光線變化可能會(huì)對(duì)接收電路造成干擾，產(chǎn)生誤動(dòng)作，系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性就難以保證。第 1 至 8 接數(shù)碼管，用來顯示被控 電器 開關(guān)的 序號(hào) ，顯出數(shù)字 0 至 5。當(dāng)有輸出電流的時(shí)候，電流通過繼電器，繼電器檢測到電流后開啟功能，對(duì)應(yīng)的電器電源接通。第 10 腳為50Hz 交流市電相位基準(zhǔn)輸入，第 12 腳為中斷輸入口，第 11 腳用于接收紅外遙控碼輸入信號(hào) [5][6][11]。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 電 器 0 遙 控 輸 出 碼電 器 1 遙 控 輸 出 碼電 器 4 遙 控 輸 出 碼 圖 10 腳輸出編碼波形 遙控碼的發(fā)射 當(dāng)某個(gè)被控電器的電源開關(guān)被按下時(shí) ， 單片機(jī)先讀出鍵值 ， 然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù) ， 再調(diào)制成 40kHz 方波由紅外線發(fā)光管發(fā)身出去。 在數(shù)據(jù)幀接收時(shí) ， 將對(duì)第一位 (起始位 )碼的碼 寬進(jìn)行驗(yàn)證 .若第一位低電平碼的脈寬小于 2ms， 將作為錯(cuò)誤碼處理 。 下圖為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖 [4][8]。 N Y 圖 開始 初始化 調(diào)用鍵掃描 處理子程序 掃鍵開始 鍵按下？ 逐行掃描，按 P 口值查鍵號(hào) 按鍵號(hào)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的發(fā)射程序 返回 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 掃鍵過程 ： 首先判斷控制鍵是否按下 ， 若有控制鍵按下則進(jìn)行逐行掃描 ，按照 P 口值查找鍵號(hào) ， 最后按照鍵號(hào)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的發(fā)射程序如下所示 。 在實(shí)踐中 ， 采用紅外線遙控方式時(shí) ， 由于受遙控距離 ， 角度等影響 ， 使用效果不是很好 ， 如采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收碼 ， 可提高遙控距離 ， 并且沒有角度影響。 開始 初始化 按顯示 數(shù)據(jù)設(shè)定控制 脈沖延時(shí)值 =0? 調(diào)延時(shí)程序 口輸出控制 脈沖 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 N Y N Y 圖 圖 程序 中斷過程 ： 首先判斷低電平脈寬度是否大于 2ms,若脈寬不到 2ms， 則中斷返回 ； 若低電平大于 2ms， 則接收并地低電平脈沖計(jì)數(shù) ， 接下來看判斷高電平脈寬度沖是否大于 3ms， 若脈寬不到 3ms， 則返回上一接收計(jì)數(shù)過程 ； 若高電平脈寬大于 3ms， 則按照脈沖個(gè)數(shù)至對(duì)應(yīng)功能程序 .此時(shí)中斷返回。對(duì)試驗(yàn)階段的電路板的安裝一般有兩種方式即焊接方式和面包板插接方式。 本設(shè)計(jì)常用的調(diào)試儀器有：萬用表、穩(wěn)壓電源、示波器、信號(hào)發(fā)生器等。 經(jīng) 過上述檢查，我們發(fā)現(xiàn)我們所設(shè)計(jì)的電路存在錯(cuò)接和連接處不良接觸的問題，經(jīng)過細(xì)心的檢查后，解決了上述的一些電路上的問題。結(jié)果一切正常。發(fā)現(xiàn)問題，要設(shè)法找出原因，排除故障，繼續(xù)進(jìn)行。這說明了此電路是工作在正常狀態(tài)的。我們從問題之中總結(jié)出來一些常用電路調(diào)試的注意事項(xiàng)。 （ 3）測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。 （ 5）正確選擇測量點(diǎn)和測量 。 （ 7）出現(xiàn)故障時(shí)要認(rèn)真查找原因 。并針對(duì)其特點(diǎn)，采用 脈沖個(gè)數(shù)編碼 方法，通過設(shè)定碼寬和遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔，成功解決了數(shù)據(jù)幀接收時(shí)的可靠問題。 通過實(shí)驗(yàn)表明， 在有效距離（ 8m 以內(nèi)）里我們成功的對(duì) 5 個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行了開關(guān)控制 ， LED 上的顯示隨著 受控開關(guān) 變化正常。 當(dāng)然， 由于時(shí)間和本人水平的制約，本設(shè)計(jì)可能還存在著某些 Bug 或不足之處！ 希望各位專家、學(xué)者和同學(xué)們給予指正。通過這次設(shè)計(jì)使我們從中學(xué)到到了很多課本上學(xué)不到的知識(shí) ，了解了紅外遙控器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并學(xué)會(huì)了用單片機(jī)開發(fā)產(chǎn)品的完整的過程，明白了設(shè)計(jì)的概念。 在這次設(shè)計(jì)中，樸老師不厭其煩的給我講解問題和修正錯(cuò)誤，在此表示衷心的感謝??！ 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 附錄 （計(jì)算機(jī)程序清單） 偽定義 : KEYX0 EQU KEYX1 EQU KEYX2 EQU KEYX3 EQU KEYY EQU P0 主 程 序 和 中